考慮可再生能源消納責(zé)任權(quán)重的年度合同電量月度分解方法

姜 曼，司馬琪，鮑玉昆，劉定宜

（1.國(guó)家電網(wǎng)公司華中分部，湖北省武漢市 430077；2.華中科技大學(xué)管理學(xué)院，湖北省武漢市 430074）

0 引言

電力系統(tǒng)電能計(jì)劃根據(jù)計(jì)劃周期和時(shí)間提前量可分為長(zhǎng)期計(jì)劃（一般為一年）、中期計(jì)劃（一般為季度或月）和短期計(jì)劃（一般為天）。省級(jí)電力交易中心按照“年度合同電量計(jì)劃-月度電能交易計(jì)劃-日調(diào)度計(jì)劃-96點(diǎn)調(diào)電曲線”的流程制定發(fā)電計(jì)劃，指揮電能有序生產(chǎn)［1］。其中，月度電能交易計(jì)劃不僅可以為年度合同電量計(jì)劃提供有序的電量完成方式，還能為日調(diào)度計(jì)劃提供經(jīng)濟(jì)、可靠的機(jī)組中期運(yùn)行方式。因此，編制合理的月度電能交易計(jì)劃是電力交易中心的主要工作，也是保障電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

當(dāng)前，已有很多文獻(xiàn)對(duì)月度電能交易計(jì)劃的編制方法進(jìn)行研究，但往往僅考慮常規(guī)機(jī)組參與的電力系統(tǒng)電量分解［2-7］。隨著可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，單一類型機(jī)組的合同電量分解方法已不再適用。為此，學(xué)者們分別從機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、電力市場(chǎng)環(huán)境、執(zhí)行進(jìn)度公平性、運(yùn)行方式優(yōu)先級(jí)等角度出發(fā)，對(duì)含多類型能源、多類型機(jī)組的電力系統(tǒng)的合同電量分解模型和算法進(jìn)行研究。文獻(xiàn)［8-10］分別基于可再生能源發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性，從機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性角度提出含多類型機(jī)組的電力系統(tǒng)電量分解方法。文獻(xiàn)［11］從電力市場(chǎng)的角度出發(fā)，提出了中長(zhǎng)期交易電量的分解方法。文獻(xiàn)［12］考慮執(zhí)行進(jìn)度的公平性，基于時(shí)序仿真法，提出了“分段建模、前細(xì)后粗”的四階段建模思路。文獻(xiàn)［13］考慮不同機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)先級(jí)，設(shè)計(jì)了面向多類型機(jī)組的分解原則。

2019年5月，為進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源電力消納，緩解“棄風(fēng)”、“棄水”等問(wèn)題，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局正式發(fā)布了《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》（發(fā)改能源〔2019〕807號(hào)，以下簡(jiǎn)稱807號(hào)文件）［14］，文件指出“將按照省級(jí)行政區(qū)域設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，即可再生能源電力消費(fèi)應(yīng)達(dá)到其電力消費(fèi)設(shè)定的比重”。由于807號(hào)文件中所設(shè)定的可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為年度指標(biāo)，且可再生能源出力具有不確定性和一定的季節(jié)性，比如水電存在枯水期和豐水期等。因此，作為可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重的義務(wù)承擔(dān)者，如何制定協(xié)同常規(guī)能源機(jī)組和可再生能源機(jī)組的月度電能交易計(jì)劃以完成消納任務(wù)，達(dá)到考核要求，成為省級(jí)電力交易中心亟待解決的問(wèn)題。但是，鮮有文獻(xiàn)關(guān)注這一因素，并從可再生能源消納的角度對(duì)月度電能交易計(jì)劃的編制方法進(jìn)行研究。

此外，火電機(jī)組在發(fā)電過(guò)程中會(huì)排放SO2、NOx等氣體，對(duì)地區(qū)空氣造成污染，從而影響地區(qū)居民身體健康，甚至導(dǎo)致某些疾病高發(fā)。因此，在制定電能交易計(jì)劃時(shí)有必要考慮火電污染物排放對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量和區(qū)域居民健康造成的影響。

本文提出了一種考慮可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重的年度合同月度滾動(dòng)分解方法，基于決策理論和優(yōu)化理論，建立了考慮可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度和空氣污染指數(shù)（API）的雙目標(biāo)優(yōu)化模型，并采用非支配排序遺傳算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）進(jìn)行求解。

1 建模思路與方法

在將年度合同總電能分解到月度電能交易計(jì)劃的過(guò)程中，考慮807號(hào)文件和節(jié)能減排要求，為保證月度電能交易計(jì)劃的合理性、可行性和有效性，需要使分解結(jié)果滿足以下要求。

1）盡量為電力交易中心提供能完成可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)（年度指標(biāo)）且完成難度較低的月度電能交易方案，從實(shí)際執(zhí)行層面促進(jìn)807號(hào)文件落地，協(xié)助電力交易中心完成消納目標(biāo)，并通過(guò)考核。使電力交易中心在可再生能源電量資源較為豐富的月份盡量多消納可再生能源，在較為匱乏的月份轉(zhuǎn)而更多消納傳統(tǒng)能源，避免出現(xiàn)資源豐富月份（如豐水期）“棄風(fēng)”、“棄水”，資源匱乏月份（如枯水期）無(wú)力消納，甚至年底無(wú)法完成全年強(qiáng)制性考核指標(biāo)的情況，導(dǎo)致高價(jià)購(gòu)買綠證的現(xiàn)象出現(xiàn)。

2）盡量使該地區(qū)各月的環(huán)境質(zhì)量維持穩(wěn)定，API趨于均衡化。雖然年度合同電量確定了全年總排污量，但由于環(huán)境空氣質(zhì)量狀況受當(dāng)前空氣中的污染物濃度影響，在時(shí)間維度上不可累加，因此可以通過(guò)優(yōu)化排污量的月度分布，使按分解結(jié)果執(zhí)行月度電能交易計(jì)劃后，各月傳統(tǒng)電能綜合排放指標(biāo)與當(dāng)月API呈反向關(guān)系，即在空氣質(zhì)量較差的月份較少消納傳統(tǒng)能源以減少污染物排放，在空氣質(zhì)量較好的月份較多消納傳統(tǒng)能源以保證完成年度合同電量，在一定程度上降低電力系統(tǒng)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，避免出現(xiàn)極端污染天氣，影響地區(qū)人民生活。

3）保證提供的月度電能交易計(jì)劃滿足電能平衡約束，使電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)，盡可能保證與電力交易中心簽訂年度電量合同的單位均完成年度合同電量計(jì)劃，減少“棄風(fēng)”、“棄水”等情況，充分利用各單位的發(fā)電能力。

綜上所述，在考慮可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度和API的情況下，基于決策理論和優(yōu)化理論，本文建立雙目標(biāo)優(yōu)化分解模型，并采用滾動(dòng)分解的方法對(duì)年度合同電量進(jìn)行分解，保障年度合同電量計(jì)劃和消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)的順利完成，分解方法如附錄A圖A1所示。在任意一個(gè)計(jì)劃月月初，首先進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（包括各機(jī)組已完成年度合同電量和省內(nèi)已消納可再生能源電量等）和預(yù)測(cè)（包括各機(jī)組未來(lái)各月的最大發(fā)電量情況、未來(lái)各月省內(nèi)總消納量等）工作。然后，基于統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，采用所提模型將剩余未完成的合同電量分解到未來(lái)各月（包括計(jì)劃月），以獲得未來(lái)各月月度電能交易計(jì)劃，并對(duì)上個(gè)計(jì)劃月所制定未來(lái)各月月度電能交易計(jì)劃進(jìn)行修正，該月則按修正后的計(jì)劃執(zhí)行交易。類似地，下個(gè)計(jì)劃月月初重復(fù)上述過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)年度電能交易計(jì)劃的月度滾動(dòng)修正，對(duì)預(yù)測(cè)誤差所造成的影響進(jìn)行控制。

根據(jù)807號(hào)文件，可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重分為“非水電消納責(zé)任權(quán)重”和“總量消納責(zé)任權(quán)重”，各省級(jí)行政區(qū)域年度整體完成的消納責(zé)任權(quán)重＝（區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)且消納的可再生能源電量＋區(qū)域外輸入的可再生能源電量＋市場(chǎng)主體消納量?jī)羰茏屃恐停G證認(rèn)購(gòu)量之和－免于考核電量對(duì)應(yīng)的可再生能源電量）/（區(qū)域全社會(huì)用電量－免于考核電量）。為了聚焦研究?jī)?nèi)容，本文假定免于考核電量和市場(chǎng)主體消納量?jī)羰茏屃恐途鶠?，且由于綠證交易不影響每月可再生能源電量的實(shí)際消納，因此在進(jìn)行年度合同電量分解時(shí)，不考慮綠證交易。

1.1 可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度

除了發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)且應(yīng)用較早、較廣泛的水電之外，隨著對(duì)風(fēng)、光等可再生能源研究的逐漸深入，相應(yīng)的發(fā)電和輸電技術(shù)也逐漸提高，風(fēng)電、光電等機(jī)組與水電機(jī)組一樣，也進(jìn)入省級(jí)電力交易中心年度交易范疇。與傳統(tǒng)電能不同，這些可再生能源可控性較差，在時(shí)間維度上，資源豐富度與電網(wǎng)消納能力相互獨(dú)立分離，缺乏一致性，導(dǎo)致可再生能源電力資源豐富而消納能力弱，或可再生能源電力資源貧乏而消納能力強(qiáng)的情況經(jīng)常出現(xiàn)。因此，為了降低完成消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)的難度，保證月度交易計(jì)劃的合理性和可行性，在進(jìn)行年度合同電量分解時(shí)，需要從供需角度出發(fā)，綜合考慮各月對(duì)可再生能源電力的消納難度和獲取難度。

1）可再生能源電力消納難度

一般來(lái)說(shuō)，省內(nèi)當(dāng)月消納總量相比其他月份越大，則當(dāng)月消納可再生能源電力的難度就相對(duì)越低。因此，本文采用消納總量的相對(duì)大小來(lái)衡量當(dāng)月消納可再生能源電力的難度，計(jì)算方法如下。

式中：γdiff，use，m為第m月可再生能源電力消納難度；M為制定計(jì)劃時(shí)所處月份；［M，12］為待分配月份的集合；Wi，load為第i月預(yù) 計(jì)消納總 量。

2）可再生能源電力獲取難度

一般來(lái)說(shuō)，省內(nèi)當(dāng)月各可再生能源機(jī)組預(yù)測(cè)發(fā)電總量越大，則當(dāng)月可再生能源電力資源越豐富，獲取難度就越低。因此，本文采用各可再生能源機(jī)組預(yù)測(cè)發(fā)電總量的相對(duì)大小來(lái)衡量當(dāng)月獲取可再生能源電力的難度，計(jì)算方法如下。

第m月含水可再生能源電力獲取難度γdiff，get1，m為：

式中：r為簽訂年度電量合同的水電發(fā)電機(jī)組序號(hào)；f為簽訂年度電量合同的風(fēng)電發(fā)電機(jī)組序號(hào)；g為簽訂年度電量合同的光電發(fā)電機(jī)組序號(hào)；SR、SF、SG分別為與電力交易中心簽訂年度電量合同的水電發(fā)電機(jī)組集合、風(fēng)電發(fā)電機(jī)組集合和光電發(fā)電機(jī)組集合；Wm，r、Wm，f、Wm，g分 別 為 第m月 與 電 力 交 易 中 心 簽訂年度電量合同的水電發(fā)電機(jī)組r、風(fēng)電發(fā)電機(jī)組f和光電發(fā)電機(jī)組g的預(yù)測(cè)最大發(fā)電量。

第m月非水可再生能源電力獲取難度γdiff，get2，m為：

3）可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度

從供需角度出發(fā)，各月每單位分配電量的完成難度是不同的，完成的難度包括消納難度和獲取難度，且由于不同地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)不同，消納難度和獲取難度對(duì)完成單位分配電量難度的影響不同。對(duì)于可再生能源電力資源相對(duì)豐富的地區(qū)，比如四川、云南等，消納難度是主要影響因素；對(duì)可再生能源電力資源相對(duì)匱乏的地區(qū)，比如北京等，獲取難度是主要影響因素。因此，本文用某月消納難度與獲取難度的加權(quán)衡量該月完成單位分配電量的難度，則可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度即為所有待計(jì)劃月份完成分配電量的難度之和，計(jì)算方法如下。

含水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度γdiff1為：

式 中：Wd，m，r、Wd，m，f、Wd，m，g分 別 為 水 電 發(fā) 電 機(jī) 組r、風(fēng)電發(fā)電機(jī)組f和光電發(fā)電機(jī)組g第m月的電量分解值；ω1(0≤ω1≤1)為含水可再生能源電力獲取難度對(duì)完成單位分配電量（含水）難度的影響系數(shù)，ω1越接近1表示含水可再生能源電力獲取難度對(duì)完成單位分配電量（含水）難度的影響越大。

非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度γdiff2為：

式中：ω2(0≤ω2≤1)為非水可再生能源電力獲取難度對(duì)完成單位分配電量（非水）難度的影響系數(shù)，ω2越接近1表示非水可再生能源電力獲取難度對(duì)完成單位分配電量（非水）難度的影響越大。

1.2 API

火電機(jī)組一般采用燃煤等方式進(jìn)行發(fā)電，在發(fā)電過(guò)程中，會(huì)排放SO2、NOx、CO2、CO等污染物，是對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響的主要原因之一。API是評(píng)估空氣質(zhì)量狀況的常用指標(biāo)之一，將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級(jí)表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況［7］。

式中：γAPI，m為考慮火電污染排放時(shí)第m月該地區(qū)的API；γAPI，base，m為第m月未考慮火電污染排放時(shí)該地區(qū)API預(yù)測(cè)值；t為與電力交易中心簽訂年度電量合同的火電發(fā)電機(jī)組序號(hào)；ST為與電力交易中心簽訂年 度 電 量 合 同 的 火 電 發(fā) 電 機(jī) 組 集 合；Wd，m，t為 火 電發(fā) 電 機(jī) 組t第m月的電量分 解 值；γPRI，t為 火 電機(jī)組t的單位電能加權(quán)綜合排放系數(shù)；β為該地區(qū)API關(guān)于單位電能加權(quán)綜合排放系數(shù)的特性調(diào)節(jié)系數(shù)；a、b、c、d分 別 為SO2、NOx、CO2、CO的 相 對(duì) 權(quán) 重；ESO2，t、ENOx，t、ECO2，t、ECO，t分別為火電機(jī)組t單 位發(fā)電量SO2、NOx、CO2、CO的排放量。

2 合同電量分解模型及求解方法

2.1 目標(biāo)函數(shù)

1）最小化可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度，協(xié)助電力交易中心通過(guò)考核，從實(shí)際執(zhí)行層面促進(jìn)807號(hào)文件落地。807號(hào)文件中考核指標(biāo)包含含水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重和非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，因此，通過(guò)考核完成消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)的難度為：

式中：γdiff為完成可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)和通過(guò)考核的難度。

2）最小化API波動(dòng)，保證空氣質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 約束條件

1）系統(tǒng)（供需）平衡約束

2）含水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重約束

3）非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重約束

式中：γRES2為非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重。

4）發(fā)電能力約束

式 中：Wd，m，k為機(jī)組k第m月 的 電 量分解 值；Wm，k為第m月與電力交易中心簽訂年度電量合同的機(jī)組k的預(yù)測(cè)最大發(fā)電量。

5）年度合同電量約束

2.3 求解方法

分解模型為雙目標(biāo)模型，因此，本文采用NSGA-Ⅱ［15］對(duì)模型進(jìn)行求解。相比于傳統(tǒng)的NSGA，NSGA-Ⅱ主要優(yōu)勢(shì)為：①采用快速非支配排序算法，極大降低了計(jì)算的復(fù)雜度；②引入精英策略，提高了優(yōu)化結(jié)果的精度；③采用擁擠度和擁擠度比較算子，不僅克服了NSGA中需要人為指定共享參數(shù)的缺陷，而且保證了種群的多樣性。

通過(guò)NSGA-Ⅱ計(jì)算得到的結(jié)果并非是一個(gè)單獨(dú)的最優(yōu)解，往往是多個(gè)互不支配（占優(yōu)）的解構(gòu)成的解集，但決策者在進(jìn)行決策時(shí)只能選擇一個(gè)最優(yōu)解執(zhí)行。因此，本文基于“多屬性決策原理”為決策者選出最優(yōu)折中解［16］作為最終的月度電能交易計(jì)劃方法。在實(shí)際的執(zhí)行過(guò)程中，決策者可綜合實(shí)際情況，根據(jù)對(duì)2個(gè)決策目標(biāo)的偏好程度從多個(gè)方案中選擇適合的方案執(zhí)行。

3 算例分析

3.1 計(jì)算條件

為了驗(yàn)證模型的效果，本文采用2組算例數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。算例1為含6臺(tái)火電機(jī)組、2臺(tái)水電機(jī)組、2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組和2臺(tái)光電機(jī)組的電力系統(tǒng)，即12臺(tái)機(jī)組參與某年度（非閏年）合同電能分解。該算例用以驗(yàn)證所提分解方法的必要性、合理性、公平性和有效性。各機(jī)組詳細(xì)參數(shù)和數(shù)據(jù)描述見(jiàn)附錄A表A1至 表A5，5至12月API預(yù) 測(cè) 值 見(jiàn) 附 錄A圖A2。算例2為含60臺(tái)火電機(jī)組、20臺(tái)水電機(jī)組、20臺(tái)風(fēng)電機(jī)組和20臺(tái)光電機(jī)組的電力系統(tǒng)，即120臺(tái)機(jī)組參與某年度（非閏年）合同電能分解。該算例用以驗(yàn)證所提分解方法的實(shí)用性和可操作性。各機(jī)組詳細(xì)參數(shù)和數(shù)據(jù)描述見(jiàn)附錄B表B1至表B8。

3.2 算例1數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

假定當(dāng)前處于當(dāng)年5月初，先前已執(zhí)行該分解方法4個(gè)月，后期須將剩余電能滾動(dòng)分解到5至12月，且該地區(qū)空氣質(zhì)量受電力系統(tǒng)影響較大，污染物加權(quán)綜合排放量每增加1 g將導(dǎo)致API上升4×10－10，即β＝4×10－10，年度合同電量允許偏差為±5%，含水可再生能源電力獲取難度的影響系數(shù)、非水可再生能源電力獲取難度的影響系數(shù)均為0.5。根據(jù)807號(hào)文件，該地區(qū)當(dāng)年含水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為40%，非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為10%。

3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算

根據(jù)式（6）可計(jì)算出各火電機(jī)組單位發(fā)電量所對(duì)應(yīng)的污染物綜合排放系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表1所示。在所有火電機(jī)組中，火電機(jī)組1單位發(fā)電量對(duì)環(huán)境的影響最小，火電機(jī)組5和6單位發(fā)電量對(duì)環(huán)境的影響最大。

表1 火電機(jī)組單位電能加權(quán)綜合排放系數(shù)Table 1 Weighted comprehensive emission coefficient of per unit electric energy of thermal power unit

根據(jù)式（1）至式（3）可計(jì)算出5至12月各月可再生能源電力消納難度和獲取難度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表2可知，7、8月份屬于夏季用電高峰，11、12月份屬于冬季用電高峰，這幾個(gè)月整體電能需求量較大，因此可再生能源電力的消納難度較小。7、8月份風(fēng)力不強(qiáng)，光照時(shí)長(zhǎng)較短，非水可再生能源電力獲取難度整體較高，但屬于豐水期，水電豐富，因此含水可再生能源電力獲取難度整體較低，應(yīng)多消納水電；同樣地，10、11月份來(lái)水較少，含水可再生能源電力獲取難度整體較高，但風(fēng)力較強(qiáng)，非水可再生能源電力獲取難度整體較低，因此應(yīng)多消納非水可再生能源電力。綜上所述，綜合考慮消納難度和可再生能源電力獲取難度是十分必要的。

表2 5至12月可再生能源電力消納和獲取難度Table 2 Difficulties in accommodation and obtaining of renewable energy power from May to December

3.2.2 算法有效性分析

設(shè)置NSGA-Ⅱ中種群數(shù)量為50，迭代次數(shù)為500，交叉概率為0.2，變異概率為0.05。作為遺傳算法的一種發(fā)展算法，NSGA-Ⅱ本質(zhì)上仍基于隨機(jī)搜索過(guò)程對(duì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，因此每次優(yōu)化結(jié)果都不盡相同。為了避免隨機(jī)性對(duì)求解結(jié)果的影響，本文基于算例進(jìn)行了10次重復(fù)計(jì)算，對(duì)結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，在基于NSGA-Ⅱ?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解時(shí)，模型求解結(jié)果的穩(wěn)定性較好，且求解速率較快。

表3 重復(fù)計(jì)算的結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of repeated calculations

3.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

從多次模擬中任選一次結(jié)果進(jìn)行分析，可得各機(jī)組5至12月各月電能分解結(jié)果，如附錄A表A6所示?？稍偕茉措娏ο{責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成情況以及各機(jī)組年合同電量完成比例見(jiàn)附錄A表A7和表A8，各機(jī)組利用率見(jiàn)附錄A圖A3。5至12月電力系統(tǒng)對(duì)API影響、可再生能源機(jī)組電能分配情況見(jiàn)圖1至圖4。

圖1 5至12月電力系統(tǒng)對(duì)API影響Fig.1 Impact of power system on API from May to December

圖2 5至12月非水可再生能源電量Fig.2 Non-hydropower renewable energy electricity from May to December

圖3 5至12月含水可再生能源電量Fig.3 Renewable energy electricity containing hydropower from May to December

圖4 5至12月可再生能源交易電量Fig.4 Renewable energy trading electricity from May to December

由附錄A表A6至表A8可知，通過(guò)該方法計(jì)算得到的月度電能交易計(jì)劃滿足機(jī)組各月的發(fā)電量約束，使電力交易中心較好地完成了可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)，促進(jìn)了可再生能源電力消納，同時(shí)也保證了各機(jī)組按要求履行合同要求，年度實(shí)際交易電量在允許的偏差范圍內(nèi)波動(dòng)，且整體標(biāo)準(zhǔn)差較小，各機(jī)組年度合同電量完成率相對(duì)均衡，交易計(jì)劃公平、合理、可行，符合決策要求。

由附錄A圖A2和圖1可知，11、12月由火電機(jī)組發(fā)電排放污染物使得API的增加值與當(dāng)月API預(yù)測(cè)值整體呈正向關(guān)系，而在5至10月火電機(jī)組發(fā)電導(dǎo)致API增加值與當(dāng)月API預(yù)測(cè)值整體呈反向關(guān)系。這是因?yàn)樵?1、12月，可再生能源可發(fā)電量減少，且屬于冬季用電高峰，盡管API很高，但為了維持電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須較多消納火電。因此可知，該方法很好地考慮到了電力系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，通過(guò)調(diào)整月度電能交易計(jì)劃對(duì)所在地區(qū)的空氣質(zhì)量起到了一定的調(diào)控作用，維持了該地區(qū)空氣質(zhì)量的穩(wěn)定。

從圖2至圖4可以看出，通過(guò)該方法計(jì)算得到的月度電能交易計(jì)劃較好地綜合了可再生能源電力獲取難度和消納難度，各月含水可再生能源電能交易量和非水可再生能源電能交易量不僅與可獲取總量的變化趨勢(shì)一致（在可再生能源電力較豐富、易獲取的月份設(shè)立較多的交易量，在可再生能源電力較貧乏、難獲取的月份設(shè)立較少的交易量），還與消納能力的變化趨勢(shì)一致（為消納能力強(qiáng)的月份設(shè)立較多交易量，為消納能力弱的月份制定較少交易量），可操作性強(qiáng)，很好地降低了完成可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)的難度，促進(jìn)了可再生能源電力消納，結(jié)果合理可行，較好地滿足了決策要求。

此外，通過(guò)該方法計(jì)算得到的月度電能交易計(jì)劃，各機(jī)組各月的利用率相對(duì)均衡，且大多數(shù)月份均在90%以上，如附錄A圖A3所示，能充分利用各單位的發(fā)電能力。

3.2 .4滾動(dòng)修正后的全年各月月度電能交易計(jì)劃

基于附錄A圖A1所示的滾動(dòng)修正的方法，將1月選為計(jì)劃月對(duì)1至12月度電能交易計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，逐月向后滾動(dòng)，可得滾動(dòng)修正后的全年各機(jī)組月度電能交易計(jì)劃和1至12月電力系統(tǒng)對(duì)API的影響，如附錄A表A9和附錄A圖A4、圖A5所示。從結(jié)果可知，所得月度電能交易計(jì)劃滿足機(jī)組各月的發(fā)電量約束，且對(duì)環(huán)境的影響較小。

3.3 算例2數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

假定當(dāng)前處于當(dāng)年1月初，需將年度合同電能分解至12個(gè)月，且β＝4×10－10，年度合同電量允許偏差為±10%。根據(jù)807號(hào)文件，該地區(qū)當(dāng)年含水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為40%，非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為10%。經(jīng)過(guò)2 487 s的計(jì)算后，得到1至12月的月度電能交易計(jì)劃，見(jiàn)附錄B表B9至表B13。雖然數(shù)據(jù)量增大10倍，但是求解速度相對(duì)較快，且得到的月度電能交易計(jì)劃滿足機(jī)組各月的發(fā)電量約束，使電力交易中心較好地完成了可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)，證明了所提分解方法的實(shí)用性和可操作性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著可再生能源電力消納保障機(jī)制的不斷推進(jìn)，電力交易中心在編制月度電能交易計(jì)劃時(shí)需要綜合考慮可再生能源電力消納的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)多種能源發(fā)電，完成消納指標(biāo)并保障電量執(zhí)行的可行性和分配的公平性。本文所提出的考慮可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重的年度合同月度滾動(dòng)分解方法，基于優(yōu)化和決策理論，對(duì)剩余月份電能交易計(jì)劃進(jìn)行整體優(yōu)化，很好地滿足了上述要求。

1）該方法考慮到可再生能源電力消納的特點(diǎn)，提出了可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)完成難度的概念，通過(guò)建立優(yōu)化模型，為省級(jí)電力交易中心提供了能完成可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)（年度指標(biāo)）且完成難度較低的月度電能交易計(jì)劃，協(xié)助省級(jí)電力交易中心通過(guò)考核，從實(shí)際執(zhí)行的層面促進(jìn)了807號(hào)文件的落地和可再生能源電力的消納。

2）該方法考慮了電力系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，通過(guò)對(duì)月度電能交易計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，對(duì)所在地區(qū)的空氣質(zhì)量起到了一定的調(diào)控作用，維持了該地區(qū)空氣質(zhì)量的穩(wěn)定。

3）該方法將滾動(dòng)分解和整體優(yōu)化方法相結(jié)合，月度間數(shù)據(jù)滾動(dòng)，剩余月份整體優(yōu)化，保證了電量執(zhí)行的可行性和分配的公平性，以及機(jī)組利用的均衡性。

本文在研究過(guò)程中，為聚焦可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重對(duì)月度電能交易計(jì)劃的影響，忽略了綠證交易等履責(zé)形式及區(qū)域內(nèi)外發(fā)電單位電能交易分解的差別。下一步將放松模型中的假設(shè)條件，使其更符合實(shí)踐。除此之外，由于各月預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)（如月消納量等）是本文模型的一類重要前置參數(shù)，而本文僅采用滾動(dòng)修正的方法對(duì)誤差影響進(jìn)行控制，后續(xù)將對(duì)如何進(jìn)一步評(píng)估預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率進(jìn)行深入研究。